آب و فاضلاب
سال:1396 | دوره:28 | شماره:2 |تعداد مقالات:11

حضور نیترات در آب های زیرزمینی در دو دهه گذشته، نگرانی های زیادی را برای مدیران و نیز مصرف کنندگان آب به ویژه در بخش شرب و بهداشت ایجاد کرده است. از میان روش های مختلف حذف نیترات، استفاده از روش جذب به علت بازدهی بالا و همچنین ملاحظات اقتصادی بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق، از کربن فعال صنعتی با اندازه دانه های 4/0 تا 59/0 میلی متر (مش 30-40) به عنوان جاذب اولیه به منظور حذف نیترات از محیط آبی استفاده شد. به منظور افزایش راندمان حذف نیترات این جاذب، چند مرحله بهینه سازی شیمیایی مختلف-شامل اسیدشویی، شستشو با سدیم هیدروکسید، اصلاح با پلیمر کاتیونی-در نظر گرفته شد. شستشو با سدیم هیدروکسید به همراه اصلاح با سورفکتانت کاتیونی سیتیل تری میتیل بروماید بیشترین راندمان حذف نیترات را در بین دیگر روش های به کار رفته از خود نشان داد. پس از مشخص شدن موثرترین روش تصفیه نهایی، آزمایش های جذب-واجذب گاز نیتروژن، FTIR، SEM برای تعیین مشخصات فیزیکی-شیمیایی و ویژگی سطح کربن فعال انجام شد. آزمایش های سینتیک نشان داد که جذب در مدت زمان 120 دقیقه به حالت تعادلی خود رسیده و معادله سینتیکی شبه درجه دوم بیشترین مطابقت رابا داده ها داشت. بیشترین جذب نیترات در حدود 34/15 میلی گرم برگرم با پیروی از ایزوترم لانگمیر به دست آمد. ارتباط زیادی بین جذب نیترات و تغییرات pH مشاهده نشد. بیشترین کاهش در جذب نیترات در حضور یون سولفات و سپس به ترتیب برای یون های کلراید، فسفات و کربنات مشاهده شد. می توان گفت که جاذب تصفیه شده با روش شستشو با سدیم هیدروکسید به همراه اصلاح سورفکتانت کاتیونی دارای توانایی قابل ملاحظه ای به منظور جذب نیترات است.

مدل آماری رویه پاسخ، با انجام طراحی مرکزی ترکیبی باعث بهینه سازی فرایندها تولید می شود. از طرف دیگر حذف ترکیبات دارویی قبل از تخلیه به محیط زیست امری ضروری است. هدف از این مطالعه، بهینه سازی حذف ترکیب دارویی سیپروفلوکساسین با فرایند انعقاد الکتروشیمیایی با مدل آماری رویه پاسخ از محیط آبی بود. در این مطالعه، از یک راکتور به همراه دو الکترود آهن به عنوان آند و دو الکترود تیتانیم به عنوان کاتد استفاده شد. الکترودها به صورت مونوپلار به دستگاه جریان مستقیم وصل بودند. پارامترهای pH در محدوده 4 تا 8، جریان 5/0 تا 5/1 آمپر DC، غلظت سیپروفلوکساسین 15تا40 میلی گرم در لیتر و زمان واکنش 15 تا 30 دقیقه به عنوان پارامترهای اصلی طراحی با نرم افزارDesign Expert لحاظ شدند. آنالیز FT-IR، تصاویر SEM، میزان حذف COD و تغییرات ایجاد شده در طیف UV-VIS در شرایط بهینه تعیین شد. نتایج مدل سازی، بازده 91/85 درصدی به ازای غلظت اولیه سیپروفلوکساسین برابر 15 میلی گرم در لیتر در pH برابر 68/7، جریان مستقیم الکتریکی برابر 50/1 آمپر و زمان واکنش برابر 30 دقیقه را به عنوان بهترین شرایط آزمایش مشخص نمود. میزان حذف COD در این شرایط 64 درصد به دست آمد. نتایج به دست آمده بر اساس آنالیز FT-IR و تصاویر SEM نشان دهنده انجام تغییرات در طی فرایند است. اسکن طول موج نیز نشان دهنده کاهش غلظت و معدنی سازی آلاینده است. بهینه سازی با مدل آماری رویه پاسخ باعث کاهش تعداد آزمایش ها و افزایش دقت شد. فرایند انعقاد الکتروشیمیایی دارای کارایی مناسبی در حذف سیپروفلوکساسین و COD می باشد و می توان از این فرایند برای کاهش بار آلودگی فاضلاب قبل از ورود به محیط استفاده کرد.

امروزه فناوری های نانو در علوم مختلف کاربرد پیدا کرده و به ویژه برای تصفیه فاضلاب های صنعتی به کار می رود. در این تحقیق نانوذرات آهن به روش احیای کلرید فریک توسط بوروهیدرید سدیم سنتز شد و تاثیر تغییرات زمان ماند، غلظت نانوذره، غلظت BOD و pH بر راندمان حذف BOD از فاضلاب بررسی شد. برای تعیین زمان تماس بهینه، در دو غلظت فاضلاب با BOD5های مشخص، مقدار معینی از نانوذره آهن در زمان های 15 تا 180 دقیقه اضافه شد و زمان تماس بهینه تعیین شد. پس از آن در زمان تماس بهینه، مقادیر متفاوتی از نانوذره آهن در دو مرحله به فاضلاب با BODهای ثابت اضافه شد و راندمان حذف BOD فاضلاب بررسی شد. سپس در زمان تماس بهینه، مقادیر ثابت نانوذره آهن به فاضلاب با BODهای مختلف اضافه شد و راندمان حذف BOD فاضلاب بررسی شد. در آخر نیز در زمان تماس بهینه، مقادیر متفاوت نانوذره به فاضلاب با BODهای مختلف اضافه شد و اثر تغییرات pH در هر مرحله بر راندمان حذف BOD از فاضلاب مشخص و pH بهینه تعیین شد. زمان تماس بهینه 45 دقیقه، میزان نانوذره بهینه در نمونه های با BOD5 معادل 116و 35 میلی گرم در لیتر، 3 گرم و در نمونه های باBOD5 معادل 289 میلی گرم در لیتر، 5 گرم، غلظت BOD بهینه 289 میلی گرم در لیتر و میزان pH بهینه 3 تعیین شد. در زمان تماس بهینه هرچه بار آلودگی بالاتر باشد و میزان نانوذرات نیز بالاتر رود، در pH اسیدی بهترین میزان حذف آلودگی را می توان داشت.

ارتقاء کیفیت پساب های خروجی از تصفیه خانه های فاضلاب به روش انعقاد و لخته سازی می تواند روشی مناسب برای بهبود کیفیت پساب و دستیابی به استانداردهای بالاتر برای استفاده مجدد باشد. در این تحقیق با استفاده از ماده منعقد کننده PAC، تاثیر شدت اختلاط در مرحله اختلاط تند و کند و مقایسه سرعت اختلاط ثابت با سرعت کاهشی، در مرحله لخته سازی برای بهبود کارایی فرایند انعقاد و لخته سازی در تصفیه پیشرفته پساب خروجی از تصفیه خانه SBR یزد مورد بررسی قرار گرفت. به این منظور، از دستگاه جارتست به عنوان یک سیستم پایلوت منقطع استفاده شد. نتایج این تحقیق نشان داد از میان سه سرعت همزن برای اختلاط تند (rpm200 و 150 و 100)، راندمان حذف کدورت، BOD، COD و TSS در سرعت اختلاط تند rpm150 بیشتر از سایر سرعت ها بود. مقایسه سرعت های ثابت همزن در مرحله اختلاط دور کند rpm 40، 30 و 20 با سرعت اختلاط کاهشی دور کند (rpm 10 تا rpm40) نشان داد راندمان حذف کدورت، BOD، COD و TSS در حالت سرعت اختلاط کاهشی بالاتر از هر سه حالت سرعت ثابت دور کند است. کمترین حجم لجن تولیدی در میان حالت های سرعت ثابت اختلاط کند، مقدار 34 میلی لیتر بر لیتر و مربوط به سرعت اختلاط rpm 30 بود. مادامی که از لخته سازی کاهشی استفاده شد، وضعیت تولید لجن بهبود یافته و میزان این پارامتر به اعداد 26 میلی لیتر بر لیتر تغییر یافت.

استفاده از جاذب های سیلیکاته میان-حفره به دلیل کارایی بالا برای حذف فلزات سنگین از آب و فاضلاب مورد توجه واقع شده است. MCM-48 یک جاذب سیلیکاته میان-حفره است که با اصلاح سطح آن به وسیله گروه های عاملی، می توان ظرفیت جذب فلزات سنگین را بهبود بخشید. در این مطالعه با عامل دار کردن میان-حفره MCM-48 با گروه عاملی آمین و سنتز NH2-NH-NH-MCM-48، حذف یون های فلزی سرب و کادمیم از محلول های آبی بررسی شد. مشخصات جاذب سنتز شده با پراش پرتو ایکس و میکروسکوپ الکترونی پیمایشی آنالیز شد. بررسی جذب در مقدار جاذب از 125/0 تا 10 گرم در لیتر، pH اولیه محلول از 2 تا 6 و غلظت اولیه محلول 5 تا 60 میلی گرم در لیتر انجام گرفت. داده های آزمایش با استفاده از همدمای لانگمیر و فروندلیچ و با آنالیز رگرسیون غیر خطی، تجزیه و تحلیل شد. طبق پارامترهای همدمای لانگمیر، حداکثر ظرفیت جذب NH2-NH-NH-MCM-48 برای هر دو یون فلزی کادمیم و سرب نسبت به MCM-48 بالاتر بود و برای یون های فلزی کادمیم و سرب به ترتیب 7/82 و 24/119 میلی گرم بر گرم محاسبه شد. نتایج نشان داد که با اصلاح MCM-48 با گروه عاملی آمین و تهیه NH2-NH-NH-MCM-48 می توان ظرفیت جذب آن را به طور قابل توجهی بهبود بخشید و به عنوان یک جاذب موثر در حذف یون های فلزی سرب و کادمیم از محلول های آبی مورد استفاده قرار داد.

پساب های لبنی، با کاهش اکسیژن محلول در آب، اکوسیستم های فعال آب را غیرفعال کرده و باعث از بین رفتن موجودات آبزی می شوند. این تحقیق با هدف بهینه سازی فرایند کاهش COD در پساب کارخانجات لبنی با استفاده از ترکیبات لخته کننده انجام شد. فرمولاسیون ترکیبی بهینه ای از ترکیبات لخته کننده طبیعی و شیمیایی شامل پکتین، آلژینات سدیم، سولفات آلومینیوم و کلرید آهن و همچنین دمای لخته سازی به منظور کاهش شاخص مورد نظر، تعیین شد. طراحی آزمایش ها با روش آماری کسری از فاکتوریل کامل و نرم افزار Qualitek-4 و تجزیه و تحلیل نتایج آزمایشگاهی با آنالیز سیگنال به نویز انجام شد. شرایط بهینه با غلظت سولفات آلومینیوم، آلژینات سدیم، کلرید آهن و پکتین به ترتیب برابر با 5/1، 03/0، 5/1 و 1 گرم در لیتر و دمای 30 درجه سلسیوس حاصل شد. مقدارکاهش COD تحت شرایط بهینه، 411/28 درصد تخمین زده شد. کاهش 29 درصد در COD آب پنیر در آزمایش های انجام شده تحت شرایط بهینه به دست آمد. موثرترین فاکتور در کاهش بار آلی پساب، تغییرات غلظت کلرید آهن با سهم 35درصد بود. تغییر در غلظت پکتین، کمترین تاثیرگذاری (8/1 درصد) و تغییرات غلظت آلژینات سدیم نیز اثر ناچیزی در حد 8/8 درصد داشت. تغییرات غلظت سولفات آلومینیوم و دمای لخته سازی به ترتیب 8/30درصد و 3/23 درصد در کاهش میزان COD موثر بودند. نتایج نشان داد که لخته کننده های طبیعی نسبت به لخته کننده های شیمیایی دارای اثرات کمتری در کاهش اکسیژن مورد نیاز شیمیایی در پساب صنایع لبنی می باشند.

امروزه ارتقای کیفیت و اطمینان پذیری شبکه های توزیع آب با در نظر گرفتن محدودیت های اقتصادی در راستای تضمین بهره برداری بهینه از آنها، امری مهم تلقی می شود. به این منظور در این تحقیق برای تامین اهداف حداقل نمودن هزینه کلرزنی و حداکثر نمودن قابلیت اطمینان کیفیت آب در شبکه های توزیع، بهینه سازی دوهدفه عملکرد این شبکه ها با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان بررسی شد. با منظور نمودن حالات مختلف، تاثیر ثابت یا متغیر بودن نحوه تزریق کلر و وضعیت دور پمپ با در نظر گرفتن انواع روش های تحلیل هیدرولیکی مبتنی بر تقاضا (DDSM) و مبتنی بر فشار (HDSM)، مورد بحث واقع شد. نتایج بررسی نشان داد که استفاده از پمپ دور متغیر و نرخ متغیر تزریق کلر در مقایسه با حالت ثابت آنها منجر به کاهش هزینه کلرزنی و تامین قابلیت اطمینان کیفی در حد قابل قبول بدون نیاز به بوستر پمپ می شود. همچنین نتایج مقایسه کاربرد انواع روش تحلیل هیدرولیکی نشان می دهد که استفاده از روش تحلیل مبتنی بر فشار، کاهش هزینه کلرزنی و افزایش قابلیت اطمینان کیفی را به دنبال خواهد داشت.

شبکه های آبرسانی از جمله تاسیسات زیربنایی شهر ها و با هزینه های اجرا و بهره برداری زیاد است، لذا بسیاری از پژوهشگران بر روی حل مسئله بهینه سازی شبکه های توزیع آب متمرکز شده اند. در اغلب پژوهش های اخیر در این زمینه، الگوریتم های بهینه سازی فرا ابتکاری تصادفی برای حل این مسئله استفاده شده است. در پژوهش حاضر، به منظور رهایی از نقاط ضعف الگوریتم های تصادفی، کاربرد یک الگوریتم جدید غیرتصادفی و قطعی به منظور کمینه سازی هزینه لوله های سامانه های آبرسانی بررسی شد. الگوریتم به کار برده شده در این پژوهش، در واقع روش بهینه سازی نیروی مرکزی (CFO) اصلاح شده به منظور حل شبکه های توزیع آب است که CFOnet نامیده شده است. عملکرد روش پیشنهادی از طریق بهینه سازی قطر لوله ها در دو شبکه مرجع آبرسانی (شبکه دو حلقه ای و شبکه کادو) بررسی شد. به این منظور هر دو روش CFO و CFOnet در برنامه متلب برنامه نویسی و با نرم افزار هیدرولیکی ایپانت ارتباط داده شد. با اجرای این دو روش به منظور حل دو شبکه مورد نظر، بهبود عملکرد روش پیشنهادی CFOnet نسبت به CFO نشان داده شد. به این وسیله، با اجرای CFOnet پاسخ بهینه برای طرح شبکه دو حلقه ای معادل 419، 000 دلار پس از 12، 432 مرتبه ارزیابی تابع هدف حاصل شد. همچنین طرح بهینه شبکه کادو با هزینه ای معادل 126، 535، 915 روپیه پس از 259، 476 مرتبه ارزیابی تابع هدف، به دست آمد. مقایسه پاسخ های به دست آمده با نتایج الگوریتم های بهینه سازی تصادفی در ادبیات این موضوع، نشان داد که روش پیشنهادی نتایج خوبی برای حل مسئله شبکه های آبرسانی یافته است و در عین حال مزایای قطعی بودن یک روش بهینه سازی را نیز دارد.

شرب، کشاورزی و صنعت، کشتیرانی، پرورش ماهی و تفریحات آبی مورد استفاده قرار می گیرد. لذا حفظ کیفیت آب، بهره برداری مناسب و پایدار سدها را امکان پذیر می سازد. براین اساس مطالعه حاضر با هدف تعیین و مقایسه کیفیت آب دریاچه سد شهید رجایی (مازندران-ساری) با استفاده از پارامترهای غیر زیستی (فیزیکوشیمیایی) و زیستی (کلروفیلa، شانون، ساپروپی، میکروب و قارچ) انجام شد. در این تحقیق چهار ایستگاه اندازه گیری کیفی آب انتخاب شد و در ماه های مختلف سال 1391 بررسی شد. شاخص کیفیت آب براساس هفت متغیر فیزیکوشیمیایی، شاخص تروفیکی TSI براساس مواد مغذی، شفافیت آب و کلروفیل آ و شاخص شانون و ساپروبی بررسی شد. نتایج این مطالعه نشان داد حداقل سطح تروفیکی در ماه های شهریور و بهمن (اولیگوتروف) و حداکثر آن در ماه های تیر و مرداد (یوتروف) بوده است. بر اساس شاخص کیفیت آب، آب این مخزن در همه ماه ها در طبقه خوب قرار گرفت. کیفیت آب بر اساس شاخص شانون و ساپروبی نشان داد که آب در ماه های تیر و مرداد نسبت به ماه های دیگر دارای کیفیت پایین تری بوده و در حد آلودگی متوسط تا شدید قرار داشته است. همچنین میزان شمارش عوامل قارچی و میکربی در ماه های گرم سال (تیر و مرداد) به طور معنی داری در تمامی ایستگاه ها بیشتر بوده است. این مطالعه نشان داد که بررسی تعیین کیفیت آب (خصوصاً منابع آب شرب) با استفاده توام از پارامترهای زیستی و غیر زیستی نتایج کامل تر و قابل اطمینان تری را ارائه می دهد. در مجموع، به منظور پیشگیری از وقوع پرغذایی، شکوفایی جلبکی و کنترل بار میکربی، قارچی و منابع فسفری و آلی سد، کنترل فعالیت های جوامع انسانی در اطراف و یا در مسیر رودخانه های منتهی به سد به خصوص در ماه های فصل تابستان از نکات کلیدی محسوب می شود.

به دلیل قرارگیری ایران در منطقه خشک و نیمه خشک توجه به منابع آب ضروری به نظر می رسد. در این میان توجه به منابع آب زیرزمینی به دلیل ماهیت پنهان و نیز هزینه های استخراج و نیز پایش کمی و کیفی آن از اهمیت ویژه ای برخوردار است. به دلیل اهمیت موضوع منابع آب در منطقه دریاچه ارومیه به بررسی کیفی آب زیرزمینی در یکی از آبخوان های مجاور این دریاچه پرداخته شده است. به علت نیاز روزانه انسان به آب جهت مصرف شرب، کشاورزی، صنعت و بهداشت اهمیت ویژه آن به وضوح قابل لمس است. منطقه شیرامین با دارا بودن آبخوانی به مساحت تقریبی 34 کیلومترمربع یکی از دشت های حاشیه دریاچه ارومیه است. به منظور بررسی آب های زیرزمینی منطقه شیرامین از 18 نقطه از سراسر دشت، با در نظر گرفتن بهترین توزیع، نمونه ها جمع آوری و برای 12 پارامتر آنالیز شدند. در این پژوهش از روش تحلیل چندمتغیره آماری (تحلیل مولفه های اصلی و نمره عاملی) با تلفیق GIS و شاخص اشباع شدگی استفاده شد. اعمال تحلیل مولفه های اصلی منجر به استخراج چهار عامل شد. مولفه اول ناشی از تاثیر سازندهای کربناته، مولفه دوم ناشی از تغذیه آب باران، مولفه سوم ناشی از تاثیر سولفات و فلوراید و مولفه چهارم به علت بار عاملی بالا برای نیترات ناشی از فعالیت های بشری است. درون یابی نمره های عاملی با GIS نشانی داده که بیشترین مساحت نمره های عاملی مثبت مربوط به مولفه اول بوده و از مولفه اول به ترتیب به سمت مولفه چهارم مساحت نمره های عاملی مثبت پوشش داده شده کاهش یافته است. به طور کلی عواملی همانند کاهش بارش، افزایش برداشت و فعالیت های شدید کشاورزی باعث افت کیفیت آب منطقه شیرامین شده است، به طوری که نمونه های بالادست و انتهای دشت به ترتیب دارای شاخص اشباع شدگی مثبت تر از نظر سنگ های کربناته و هالیت بود.

فاضلاب بیمارستانی جزو فاضلاب شهری ناخالص محسوب می شود که با توجه به گستردگی بیمارستان و تنوع بخش های درمانی آن و در نتیجه آلاینده های مختلف موجود در فاضلاب های بیمارستانی، تعیین ضرایب سینتیکی و راهبری تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان از اهمیت زیادی برخوردار است. یکی از مهم ترین روش های تصفیه فاضلاب بیمارستانی، سیستم لجن فعال با هوادهی گسترده است. این پژوهش با هدف انتخاب مناسب ضرایب سینتیکی و راهبری تصفیه خانه فاضلاب بیمارستان در شرایط آب و هوای گرم انجام شد. در این پژوهش نمونه برداری در طی 6 ماه در فاصله دی 1392 تا خرداد 1393 انجام شد و پارامترهای TSS، COD، BOD5، pHوکدورت در فاضلاب خام ورودی و خروجی از تصفیه خانه و MLVSS و MLSSو اکسیژن محلول در حوض هوادهی و میزان لجن برگشتی به راکتور اندازه گیری و با تعیین پارامترهای راهبری و بهره برداری از قبیلSVI، F/M، qcدرحوضچه هوادهی، در نهایت ضرایب سینتیکی Kd، KS، Yو µ maxبا استفاده از معادلات اصلاح شده مونود محاسبه شد. نتایج این مطالعه نشان داد که میانگین ضرایب سینتیکی در فرایند بیولوژیکی لجن فعال با هوادهی گسترده در فاضلاب بیمارستانی مورد مطالعه برابر با: K=2. 19d-1، Ks= 9. 74(mg/L)، Y=0. 39gBiomass/gBOD5، Kd=0. 06d-1، mmax=0. 85d-1محاسبه شد. از ضرایب سینتیکی به دست آمده در این تحقیق می توان به منظور طراحی و همچنین راهبری و بهره برداری تصفیه خانه های فاضلاب بیمارستان ها به روش لجن فعال هوادهی گسترده به ویژه در مناطق گرمسیری استفاده نمود.